工程科學學報

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月刊，1955年創刊

ISSN 2095-9389

CN 10-1297/TF

主管單位：教育部

主辦單位：北京科技大學

編　　輯：《工程科學學報》編輯部

出　　版：科學出版社

主任委員：楊仁樹

副主任委員(主編)：吳愛祥

地　　址：北京市海淀區學院路30號

電　　話：(010)62333436

傳　　真：(010)62333436

郵發代碼：82-303

國內發行：北京報刊發行局

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2009年第31卷第3期

欄目

礦業與環境
冶金與材料
設備與能源
控制與決策

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礦業與環境

復雜環境下急傾斜特厚煤層安全開采

來興平, 王寧波, 胥海東, 漆濤, 曹建濤, 蔣東暉

2009, 31(3): 277-280. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.030

[摘要](123)

[PDF 403KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用理論分析、數值計算等綜合方法,研究了葦湖梁煤礦+579E2EB₁₊₂急傾斜煤層(64°)高階段(54m)綜放面開采中出現的采空區頂板坍塌與氣體超限的問題.現場開采試驗表明,采取快速推進、控制均勻放煤、優化通風系統及主動綜合防瓦斯等有效措施,遏制動力學災害并確保安全開采.

基于Oracle的煤礦應急救援信息管理系統

郭德勇, 傅艷, 于勵民, 張軍波

2009, 31(3): 281-284. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.031

[摘要](188)

[PDF 395KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
針對煤礦應急救援信息存在分散管理、共享性差等問題,采用Oracle為底層數據庫,結合B/S模式開發了煤礦應急救援信息管理系統.探討了煤礦應急救援的計算機一體化、系統架構等問題,描述了應急管理系統的信息分類、功能、B/S模式設計和系統實現過程.以平頂山煤業集團十二礦為例,構建了煤礦應急救援信息管理系統.

鉆屑量與鉆屑瓦斯解吸指標在防突預測的應用

桂祥友, 徐佑林, 孟絮屹, 郁鐘銘

2009, 31(3): 285-289. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.032

[摘要](153)

[PDF 530KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
針對井下復雜環境因素對煤與瓦斯突出危險性預測指標確定的影響和預測指標確定的要求,著重研究了鉆屑量與鉆屑解吸指標在煤與瓦斯防突中的應用及鉆屑瓦斯解吸指標之間的關系,分析了突出危險性預測中影響單指標值測定誤差的常見因素,并在此基礎上提出了一些指標測定中應該注意的事項和減少誤差的措施.

流化活性碳纖維脫除煙氣中的SO₂

陳凱華, 宋存義, 邱露, 李強

2009, 31(3): 290-294,299. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.033

[摘要](152)

[PDF 784KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
應用流化狀態下的聚丙烯腈基活性碳纖維(PAN-ACF)對模擬的工業煙氣中的SO₂進行吸附脫除實驗,通過改變煙氣流量、煙氣溫度、煙氣中水蒸氣的體積分數及SO₂的質量濃度、ACF的循環比及新加入ACF的質量流量,研究了流化狀態下ACF脫除SO₂效率的影響因素與變化規律.結果表明:PAN-ACF具有良好的脫硫性能,其脫硫效率隨著煙氣流量的增大、煙氣溫度的升高和SO₂質量濃度的增高而降低,隨著煙氣中水蒸氣體積分數的增高先增高后降低,隨著ACF循環比與新加入ACF的質量流量的增大而增高.

冶金與材料

溫度對浸礦微生物活性及銅浸出率的影響

溫建康, 姚國成, 陳勃偉, 黃松濤

2009, 31(3): 295-299. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.034

[摘要](141)

[PDF 702KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
研究了從紫金山銅礦生物堆浸礦堆中分離出來的浸礦菌群在不同溫度下的氧化活性和對紫金山硫化銅礦石的浸出規律,并利用變性梯度凝膠電泳法研究了15℃和30℃的菌群組成情況.結果表明:所分離的細菌的最佳生長溫度為30℃,浸出10d,銅浸出率為87.62%,在最佳生長溫度以外銅浸出率都會降低;15℃和30℃的優勢菌分別為Leptospirillum fer-riphilum和Acidithiobacillus thiooxidans,兩個溫度下均有同一種劣勢菌Acidithiobacillus caldus;優勢菌種隨溫度的變化是與菌種的性質相關的.

鋼中殘余元素在連鑄坯和熱軋板中的富集行為

耿明山, 王新華, 張炯明, 王萬軍, 肖寄光

2009, 31(3): 300-305. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.035

[摘要](153)

[PDF 972KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
通過掃描電鏡和X射線能譜分析儀(X-EDS)分析,對低合金鋼種連鑄板坯和熱軋板中Cu、As和Sn的富集行為進行了研究.實驗結果表明:連鑄坯中氧化層和氧化層/基體層界面存在Cu、As和Sn元素同時富集現象;熱軋板氧化層/基體層界面存在Cu、As和Sn元素富集相,基體層中Cu、As和Sn含量高于氧化層;熱軋板晶界處Cu、As和Sn含量明顯高于熱軋板晶內;Cu、As和Sn在γ晶界偏聚和Fe的優先氧化造成連鑄坯中Cu、As和Sn富集,加熱爐的二次加熱加劇Cu、As和Sn的富集程度,引起Cu、As和Sn向鋼材基體滲透擴散,使鋼的塑性惡化,導致中板大量表面微裂紋缺陷.分析了Cu、As和Sn富集相對表面微裂紋的影響機理.

低碳貝氏體鋼在三種典型環境中的腐蝕行為和腐蝕產物

崔雷, 楊善武, 王樹濤, 高克瑋, 柳偉, 賀信萊

2009, 31(3): 306-311,356. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.036

[摘要](131)

[PDF 1530KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
通過干濕循環加速腐蝕實驗并結合X射線衍射、掃描電鏡、能譜分析和N₂吸附等方法,研究了低碳貝氏體鋼在用相應溶液模擬的三種大氣環境(海洋、工業和海洋工業大氣)中加速腐蝕行為和腐蝕產物特征.實驗結果表明,低碳貝氏體鋼在三種環境中的腐蝕速率均低于商業化耐候鋼09CuPCrNi.低碳貝氏體鋼在上述三種環境中的腐蝕速率也有較大差別,其在含有復合腐蝕因子(Cl^-和SO₃^2-)的環境中腐蝕最為嚴重,而在只含腐蝕因子SO₃^2-的環境中腐蝕程度最輕.在不同環境中形成的腐蝕產物相組成差別很小,但銹層致密程度相差較大,并且銹層越致密,對應的鋼腐蝕速率越低.在三種環境中的腐蝕對鋼的拉伸力學性能的影響較小,說明沒有產生嚴重的局部腐蝕.

熱軋高碳鋼線材組織—性能預報系統

張云祥, 張海鷗, 王桂蘭, 任菁菁, 趙嘉蓉

2009, 31(3): 312-317. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.037

[摘要](178)

[PDF 652KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
在模擬實驗和工業試驗驗證的基礎上,建立了高碳鋼高速線材在軋制和冷卻過程中組織演變及力學性能系列模型,包括臨界應變、奧氏體動態及靜態再結晶、奧氏體相變體積分數、珠光體片間距以及組織-性能關系等子模型.基于以上模型,開發了一個模擬程序,對高速線材生產的物理冶金過程進行了仿真計算,得到軋件的溫度場、奧氏體晶粒尺寸演變、最終組織特征和力學性能.模擬結果顯示主要軋制溫度及最終組織性能與現場實測結果吻合較好.

硫化氫環境下兩種不銹鋼的應力腐蝕開裂行為

劉智勇, 董超芳, 李曉剛, 王立賢, 郅青, 梁平

2009, 31(3): 318-323. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.038

[摘要](166)

[PDF 1190KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
用U形彎試樣浸泡和慢應變速率拉伸實驗研究了3Cr17Ni7Mo2SiN和00Cr22Ni5Mo3N(2205)不銹鋼在硫化氫介質中的應力腐蝕開裂(SCC)行為.2205不銹鋼的SCC萌生孕育期較長,在pH較低的飽和H₂S溶液中具有明顯的SCC敏感性,其SCC敏感性隨溶液pH值的升高或H₂S含量的降低而迅速降低.3Cr17Ni7Mo2SiN的SCC孕育期均低于2205不銹鋼,在pH ≤ 4.5、H₂S的質量濃度 ≥ 10³mg·L^-1的H₂S介質中均具有明顯的SCC敏感性,其SCC敏感性受pH值和H₂S含量變化影響較小.3Cr17Ni7Mo2SiN的SCC以沿晶裂紋萌生,擴展后轉變為穿晶應力腐蝕開裂;2205不銹鋼近表面處首先發生奧氏體-鐵素體相間氫致開裂,并促進SCC萌生,其SCC為穿晶應力腐蝕開裂.

固溶時效后高氮奧氏體不銹鋼的物理化學相分析

馬玉喜, 榮凡, 李玲霞, 周榮, 蔣業華

2009, 31(3): 324-329. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.044

[摘要](158)

[PDF 765KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
采用物理化學相分析技術研究了高氮奧氏體不銹鋼固溶時效后的碳、氮化物析出行為,確定了析出相的類型、粒度分布、含量及組成結構式.結果表明:氮含量低的1Cr22Mn15N0.6以M₂₃C₆型碳化物析出為主,氮含量高的1Cr22Mn15N0.9以(CrFe)₂N_1-x型氮化物析出為主,高氮奧氏體不銹鋼中析出物的總量隨時效時間的延長而增加.

利用熱模擬技術優化DH36船板鋼軋制工藝

潘紅波, 唐荻, 胡水平, 蘇嵐, 王瀟瀟, 張向葵, 汪賀模

2009, 31(3): 330-334. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.039

[摘要](150)

[PDF 1069KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
利用自行研制的大試樣平面應變熱力模擬試驗機,對寶鋼DH36船板鋼的軋制工藝進行了熱模擬與優化,測量了變形過程中材料的流變曲線,并對模擬后的試樣進行了顯微組織、圓棒拉伸、夏比沖擊等分析.結果顯示,大試樣平面應變模擬技術不僅能滿足常規熱模擬系統分析的要求,而且模擬后的試樣能進行力學性能分析.實驗數據表明所模擬的船板鋼具有優異的力學性能.

半固態60Si2Mn的流變應力及組織特性

宋仁伯, 王長生, 康永林

2009, 31(3): 335-340. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.040

[摘要](166)

[PDF 1678KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
以應用廣泛的彈簧鋼(60Si2Mn)為研究對象,利用Gleeble-1500試驗機進行了單向壓縮實驗,對其在半固態下壓縮變形過程中的力學特性及組織演變規律進行了觀察及分析.實驗結果表明:在液-固兩相區間半固態坯料的流變應力很低,只有10MPa左右;流變應力隨變形量的增加而出現應變軟化現象,變形速率對其影響比較復雜.在壓縮變形過程中,半固態坯料固-液兩相參與塑性變形的方式是不同的,其組織形貌與變形溫度、變形量和變形速率都有直接的關系.

TA1/Q235鋼累積疊壓變形特性及界面組織

黃重國, 李艷芳, 袁清華, 任學平

2009, 31(3): 341-346. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.043

[摘要](94)

[PDF 971KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用累積疊軋壓方法,研究了TA1/Q235鋼累積疊壓變形特性及界面組織.研究結果表明:隨著總應變的增加,TA1與Q235鋼的變形程度的差別增大,當真應變大于1.0時二者的變形差基本上維持在1.0左右.TA1的應變在850~900℃范圍內發生突變,并伴隨著徑向變形差值增大.當變形溫度小于850℃時,在Q235鋼側,呈現出非常明顯的垂直于壓縮方向的變形組織;當復合變形溫度為850~950℃時,在Q235鋼側出現了明顯的鐵素體柱狀晶組織,晶粒排列整齊,幾乎都垂直于界面,并且隨著溫度升高,鐵素體晶粒粗化.當累積變形量小于1.5、變形溫度為850℃時,金屬間化合物的厚度為0.7~1μm,當累積變形量為2.0時厚度約1.7μm.當累積變形量為1.0時,在700~850℃條件下壓制,界面化合物層厚度變化不大,為0.8~1μm,900℃時其厚度增加了1倍多,950℃時達到約2.3μm.

Mo-30Cu合金室溫變形組織

韓勝利, 宋月清, 崔舜

2009, 31(3): 347-351. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.025

[摘要](167)

[PDF 1393KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
對Mo-30Cu合金室溫拉伸性能進行了研究,并對其斷口進行觀察分析.通過對Mo-30Cu合金冷軋實驗,研究了不同變形量下組織的變化規律.結果表明:Mo-30Cu合金的斷裂以Cu相的韌性斷裂為主,并伴隨著Mo/Cu界面的分離和Mo晶粒的解理斷裂.Mo/Cu界面的分離和Mo晶粒的解理斷裂是Mo-30Cu合金室溫軋制過程中產生裂紋的主要原因.

Al-Si合金枝晶生長相場法模擬影響因素

徐宏, 李京社, 付建勛, 侯華

2009, 31(3): 352-356. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.026

[摘要](131)

[PDF 555KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用相場法技術,確定了噪聲、初始晶核半徑、各向異性及過冷度等因素對枝晶生長形貌模擬的影響規律.結果表明:在保證初始晶核不被熔化的前提下,初始晶核半徑r₀的大小不影響模擬結果;隨著界面各向異性系數的增大,枝晶尖端生長速度以線性方式增大,而枝晶尖端半徑以拋物線方式減小;過冷度越小,枝晶的生長越困難,越不能出現二次枝晶.相場法模擬影響因素對枝晶生長形貌模擬有重要的影響.

熱處理對電沉積Ni-Fe合金箔微觀結構和磁性能的影響

董虎林, 郭占成, 王志

2009, 31(3): 357-361. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.027

[摘要](196)

[PDF 726KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
對電沉積得到的Ni-Fe坡莫合金箔,在氫氣氣氛下進行退火處理,退火溫度分別為850,1000和1150℃,保溫時間均為5h.在掃描電子顯微鏡(SEM)和光學顯微鏡下觀察合金箔斷面和表面的顯微結構,利用XRD檢測合金箔的晶體結構,利用軟磁材料直流磁性測試儀裝置測得合金箔的直流磁特性.實驗結果表明:在850~1150℃溫度下熱處理時,退火溫度越高,合金箔的直流磁性能越好;經過退火熱處理后合金箔的晶粒明顯長大,而且合金箔存在明顯的擇優取向.

熱處理對Ta/Ni_0.65Co_0.35薄膜微結構和磁電阻性能的影響

王立錦, 陳連康, 郭歌, 王云蛟, 于亞多, 于廣華

2009, 31(3): 362-365,387. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.047

[摘要](132)

[PDF 691KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
選用磁致伸縮系數接近于零的軟磁合金Ta/Ni_0.65Co_0.35作為磁敏感層,研究了熱處理對Ta/Ni_0.65Co_0.35薄膜織構、磁學性能和磁電阻性能的影響.制備了Barber電極結構的磁電阻元件,對磁電阻元件的輸出特性進行了測試.結果表明:真空退火可以有效降低薄膜內的應力和雜質缺陷,使晶粒尺寸增大,晶界對傳導電子的散射減少,各向異性磁電阻(AMR)值提高;真空磁場退火有利于提高薄膜的單軸各向異性,使薄膜的AMR值和磁傳感器元件的靈敏度增加.

電沉積和硒化制備CuInSe₂薄膜

王延來, 尚升, 聶洪波, 倪沛然, 果世駒

2009, 31(3): 366-370. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.042

[摘要](166)

[PDF 622KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
以石墨為陽極、鈦片為陰極,采用恒電流法制備Cu-In預制膜,然后硒化處理得到CuInSe₂薄膜.分析了預制膜和CuInSe₂薄膜的相組成及其影響因素.結果表明:采用不同的電沉積工藝,可以得到不同相組成的Cu-In預制膜.在保證Cu/In小于1的條件下,降低InCl₃濃度和H₃Cit/CuCl₂濃度比,選擇較高電流,可以獲得具有CuIn相和Cu₂In相的Cu-In預制膜.含有CuIn相和Cu₂In相的Cu-In預制膜,經硒化得到的CuInSe₂薄膜具有單一CuInSe₂相組成,并且符合化學劑量比要求;而只含有CuIn相的預制膜硒化后除了有CuInSe₂相外還出現了CuSe相.

Si/(Ni-Cr合金)/Cu擴散偶950℃相穩定性

王煒, 李長榮, 杜振民, 郭翠萍

2009, 31(3): 371-375. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.028

[摘要](123)

[PDF 750KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
在半導體硅片(Si)-擴散阻擋層(Ni-Cr合金)-金屬互連材料(Cu)構成的體系中,Si和Ni-Cr合金之間以及Ni-Cr合金和Cu之間各構成一對擴散偶.通過制備擴散偶試樣模擬相應的界面反應,實驗測定950℃下界面反應產物的表觀序列.從熱力學的角度,分別對Cr-Ni-Si和Cr-Cu-Ni三元系中Si/(Ni-Cr)和(Ni-Cr)/Cu兩個界面進行反應驅動力分析.計算獲得的階段性生成相表觀序列與實驗測得結果一致.

反應等離子噴涂制備原位TiC顆粒增強Fe基金屬陶瓷涂層

張守全, 朱警雷, 王海濤, 黃繼華, 張華, 趙興科

2009, 31(3): 376-380,387. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.029

[摘要](115)

[PDF 1016KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
以鈦鐵粉、鐵粉和蔗糖(碳的前驅體)為原料,采用前驅體熱分解復合技術制備了Fe-Ti-C系反應熱噴涂粉末,并通過普通等離子噴涂技術原位合成并沉積了TiC/Fe金屬陶瓷復合涂層.利用XRD、SEM和EDS研究了噴涂粉末和復合涂層的相組成和顯微結構.結果表明:前驅體熱分解復合技術制備的Fe-Ti-C反應噴涂粉末粒徑均勻,原料粉末顆粒間的結合強度高;所制備的TiC/Fe復合涂層主要由不同含量TiC顆粒分布于金屬Fe基體內部而形成的復合片層疊加而成;TiC顆粒大致呈球形,粒徑呈納米級;TiC理論質量分數53%的TiC/Fe金屬陶瓷涂層的耐磨粒磨損性能較好,SRV磨損實驗中涂層的磨損面積為基體(45鋼)的1/25左右.

有機涂層室內加速實驗的對比

胡建文, 李曉剛, 高瑾

2009, 31(3): 381-387. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.041

[摘要](106)

[PDF 631KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
研究了丙烯酸聚氨酯清漆涂層在熒光紫外UVA輻照/凝露和氙燈輻照/雨淋兩種加速實驗程序下的物理、化學性能和防護屏障性與暴露時間的關系.結果表明:氙燈輻照/雨淋對涂層的膜厚損失、失光率的影響程度略大于同周期UVA加速的效果;而黃色指數及不同暴露周期的完整涂層的低頻阻抗模值與暴露時間的關系則與FTIR反映的羰基指數的變化規律較為一致,顯示UVA加速涂層老化的效果大于同周期氙燈加速效果.且在兩種加速條件下,完整涂層的低頻阻抗模值均與暴露時間呈指數規律衰減,表現出較好的時間函數關系;說明EIS的低頻阻抗模值與UV光輻射產生的涂層性能的變化有一定的相關性,并很好地反映其防護屏障性,可作為有效的監測參量用于建立室內外老化實驗的相關性,預測光老化涂層的防護壽命.

設備與能源

齒輪局部損傷振動信號的循環平穩性分析

商鐵軍, 張文明, 劉立, 馮志鵬, 白佳賓

2009, 31(3): 388-393. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.045

[摘要](119)

[PDF 659KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
針對齒輪局部損傷故障振動信號的特點,在對其數學模型進行循環平穩性理論分析的基礎上,定義并解釋了幅值調制能量比系數概念及其算法.通過仿真分析,基于信號累積量的循環相關分析算法不僅能完整地保留信號中的周期成分,還具有較好地抑制加性平穩噪聲的優點,利于幅值調制能量比系數指標的提取.實驗表明,結合齒輪運轉的樣本數據,幅值調制能量比系數值隨著齒輪局部損傷程度的加大而增大.該方法可以發現齒輪在運轉中某輪齒發生的局部損傷故障及損傷程度.

臭氧對煤粉燃燒的影響

張曦東, 張建良, 郭豪, 龔必俠

2009, 31(3): 394-397. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.046

[摘要](153)

[PDF 454KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
根據強紫外線輻射空氣可產生臭氧的原理,將經紫外輻射后的空氣通入熱天平與煤粉發生燃燒反應,采用熱分析方法研究臭氧對煤粉燃燒的影響.實驗表明紫外輻射空氣得到的少量臭氧使煤粉燃燒的失重和放熱時間提前.對煤粉燃燒的動力學進行分析,結果顯示臭氧使煤粉燃燒反應的活化能降低.紫外線激發高溫氧氣產生氧原子的熱力學計算結果表明:溫度越高,氧分子越容易被紫外線激發為氧原子.提出了使用強紫外線輻射熱風促進高爐噴煤燃燒的設想.

控制與決策

基于Skowron分明矩陣的有效屬性約簡算法

秦奕青, 楊炳儒, 徐章艷

2009, 31(3): 398-404. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.03.048

[摘要](162)

[PDF 291KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
為降低基于Skowron分明矩陣屬性約簡算法的復雜度,提出了簡化分明矩陣及其相應屬性約簡的定義,并證明了基于簡化分明矩陣的屬性約簡與基于原分明矩陣的屬性約簡等價.在簡化決策表的基礎上,定義了一個函數,該函數能度量條件屬性在簡化分明矩陣中出現的頻率,并給出了計算該函數的快速算法,其時間和空間復雜度均為O(|U/C|).用該函數設計了一個有效的基于原分明矩陣屬性約簡算法,算法的時間復雜度降為O(|C||U|)+O(|C|²|U/C|),空間復雜度降為O(|U|);并用實例證明了算法的有效性.